7. Kolloquium zur Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit an Bundeswasserstraßen von BAW und BfG


Am 18./19. November 2021 fand in der BAW ein Kolloquium zum Thema „Die Variabilität natürlicher Prozesse – Eine Herausforderung bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen“ statt, zu welchem BAW und BfG gemeinsam eingeladen hatten. Als auswärtiger Referent konnte unter anderem Prof. Dr. Geist von der TU München gewonnen werden, der auch den Einführungsvortrag hielt.

Das Kolloquium, das aus Pandemiegründen virtuell stattfinden musste, war auf ein erfreulich hohes Interesse gestoßen. Die vollständig digitale Ausrichtung war für die Organisator:innen eine neue Erfahrung und bisweilen auch Herausforderung. Basis für die Karlsruher Referierenden war ein professionell eingerichtetes Medienstudio, welches die besten technischen Voraussetzungen für das virtuelle Modell bot. Am Donnerstagmittag begrüßte BAW-Amtsleiter Prof. Dr. Heinzelmann die knapp 300 Teilnehmenden und damit einen etwa doppelt so großen Kreis von Fachleuten, als dies bei einer Präsenzveranstaltung der Fall gewesen wäre.

Die Referate des ersten Tags waren der biologischen und natürlichen Variabilität von Fischbeständen sowie der hydrologischen Variabilität gewidmet. Der Vortragsblock am zweiten Tag befasste sich im Wesentlichen mit dem Umgang mit natürlicher Variabilität bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen. Im Anschluss an die Vorträge bestand die Möglichkeit zum fachlichen Austausch der Teilnehmenden in separaten moderierten Diskussionsräumen, die auch rege genutzt wurde. Das Schlusswort sprachen am Freitagmittag Dr. Roman Weichert und Dr. Matthias Scholten.

Die Organisator:innen erhielten im Anschluss an das Kolloquium eine sehr positive Resonanz. Hierbei wurden insbesondere die vielseitige Themenauswahl, die Referent:innen und die technische Umsetzung – nicht zuletzt in den Diskussionsräumen – hervorgehoben. Alle Vorträge des Kolloquiums werden zeitnah in einem Tagungsband veröffentlicht und dieser dann auch zum Download angeboten werden.

Der erste erfolgreiche Herzschlag der neuen Mehrzweckschiffe (MZS)

Mit der erfolgreichen Zertifizierungserprobung des ersten LNG-Bordnetzaggregates einer 12er-Serie, begleitet von der Klassifikationsgesellschaft Lloyds Register, der BAW und der WSV, wurde ein essenzieller Meilenstein im Konstruktions- und Fertigungsprozess der drei neuen Mehrzweckschiffe erreicht.

Dies ist besonders bemerkenswert, da in den letzten 21 Monaten ein mit Erdgas betreibbarer Verbrennungsmotor so weiterentwickelt wurde, dass er mit toxischer und explosiver Verbrennungsluft, die bei einem Havariebekämpfungseinsatz im Operationsgebiet des MZS auftreten kann, sicher funktioniert.

Dafür haben die Motorkonstrukteure nicht nur die baulich konstruktiven Aggregate-Anpassungen durchgeführt, sondern im Vorfeld Versuche und Messungen an einem Testmotor realisieren müssen.

Auch die Nachbildung der im realen Schiffseinsatz besonders kritischen explosiven Umgebungssituation musste zur Vorbereitung der Werkserprobung betrachtet und in die Bordnetzaggregateerprobung integriert werden. Nicht zuletzt waren hierfür die baulichen Gegebenheiten am Motorprüfstand und auch der laufende Fertigungsbetrieb bzgl. des sicherheitstechnischen Umgangs mit explosiver Verbrennungsluft zu berücksichtigen.

Für den nunmehr ersten Motor dieser neuen hochkomplexen und ausrüstungsintensiven LNG-Mehrzweckschiffe hat alles auf Anhieb funktioniert. Die erforderlichen Nachweise konnten erbracht werden. Für die nun folgenden Aggregate wünschen wir den vertraglich und fertigungstechnisch verantwortlichen Firmen MTU und BERGEN-Engine auch weiterhin gutes Gelingen.

Für das in Norwegen bereits gebaute und erfolgreich erprobte Bordnetzaggregat bzw. die noch zu bauenden drei Einheiten für das erste MZS schließen sich nun zunächst der Transportweg nach Litauen (Klaipėda), zum Zwecke des Einbaues in den Schiffskasko an. Im weiteren Projekt-/Fertigungsablauf wird der vorausgerüstete Schiffskasko, nach Deutschland (Lemwerder) verschleppt. Dort wird aus dem vorausgerüsteten Kasko ein modernes und hochkomplexes Mehrzweckschiff, dessen Systeme, wie auch die Bordnetzaggregate nach Abschluss der Installationsarbeiten einer Inbetriebnahmeprozedur und weiterer Hafen- und Seeerprobungen unterzogen werden. Anschließend kann das Mehrzweckschiff dem in 2021 neu gegründeten Reedereizentrum der WSV übergeben werden.

P.S. Durch die zwischenzeitliche Herauslösung des Motorfertigungswerkes aus dem Rolls-Royce-Konzern gehören sowohl der gebaute als auch die noch für die Mehrzweckschiffe zu bauenden LNG-Motoren zu den letzten, die ein Rolls-Royce-Typenschild erhalten werden.

(erstellt: Ulf Türmer, Referat K4, Fachbereich Elektrotechnik)

Bildquelle: BAW

’Gnat’ together – W2 auf Stechmückenjagd

Am 23.09.2021 morgens traf sich das Referat W2 Flussbau für eine halbtägige Exkursion in Rappenwört (Abb. 1). Die Veranstaltung erfolgte im Rahmen der BAW „get together“, mit denen der persönliche Kontakt im Kollegium auch unter Pandemiebedingungen und nach einer home-office-lastigen Zeit wieder gepflegt werden konnte.

Abbildung 1: Die get-together-Gruppe am Ausgangspunkt der Exkursion.
Abb. 1: Die get-together-Gruppe am Ausgangspunkt der Exkursion.

Die Gruppe wurde von Dipl.-Biol. Harald Jonitz zu verschiedenen Standorten im Altarm- und Auenbereich geführt und dabei umfassend vor allem zur Biologie von Mücken sowie der Stechmückenbekämpfung durch die Kommunale Aktionsgemeinschaft zur Bekämpfung der Schnakenplage e. V. (KABS) informiert. Themenbereiche des Vortrags und der Diskussionen waren beispielsweise die bevorzugten Habitate von Stechmücken (v. a. ephemere, stehende Gewässer für die Larven, Abb. 2), spezifische Fortpflanzungs- und Entwicklungszyklen (und die Kopplung an das z. B. im Jahr 2021 aus Mückenperspektive günstige Witterungsgeschehen), Erkennungsmerkmale und die (jeweils aktuell eher kleine) Rolle von Mücken in Nahrungsketten sowie bei der Übertragung von Krankheiten. Zudem wurden die Bekämpfungsmethoden im Wandel der Zeit sowie Möglichkeiten, selbst den lästigen Plagegeistern auf das Chitin zu rücken, thematisiert.

Abbildung 2: Im Bild ist eine große Anzahl von Mückenlarven zu sehen, die eine Pfütze in einer Abdeckplane als ideales Habitat für ihre Entwicklung nutzt.
Abb. 2: Eine Pfütze in einer Abdeckplane ist ein ideales Habitat für Mückenlarven.

Insgesamt wurde an diesem sonnig-frischen Vormittag wieder deutlich, dass selbst bei der Fokussierung auf einen relativ kleinen Teil eines Ökosystems die Prozesse und Abhängigkeiten im Detail sehr komplex sind – was ja auch das Arbeiten im, am und mit dem Fluss unverändert spannend gestaltet. Auch im Falle dieser Veranstaltung waren der Blick über den eigenen Fachhorizont hinaus sowie die kontroverse Diskussion also wieder lohnenswert.

Vielen Dank an Harald für die kurzweiligen Stunden, die weitreichenden und tiefgehenden Erklärungen sowie die interessanten Diskussionen – wir wünschen einen schönen und erfolgreichen Aufenthalt im südhemisphärischen Nordwinterquartier!

An der Entstehung dieses Beitrages haben Peter Servouse und Fabian Beimowski mitgewirkt. Fotos: Bernd Hentschel.

Kiellegung des ersten von insgesamt drei LNG- Mehrzweckschiffen (MZS) des Bundes

Mit dem erfolgten Brennstart am 28.06.2021 und der nunmehr am 07.09.2021 erfolgten offiziellen Kiellegung wurde knapp 20 Monate nach erfolgter Vertragsunterzeichnung am 20.01.2020 der Schritt in die eigentliche Fertigung des ersten von insgesamt drei neuen LNG- Mehrzweckschiffen (MZS) des Bundes vollzogen. Der Auftragnehmer, die Abeking & Rasmussen Schiffs- und Yachtwerft SE, hat auf Grund der gegenwärtigen sehr guten Auslastungslage am Stammsitz in Lemwerder an der Weser einen Teil der Fertigung an die Western Baltija Shipbuilding Yard in Klaipeda/ Litauen vergeben. Die Abeking & Rasmussen Schiffs- und Yachtwerft SE ist während der gesamten Fertigung mit einem eigenen Projektteam zur Sicherstellung einer hohen Qualität sowie als permanenter Ansprechpartner für die Bauaufsicht des Auftraggebers in Klaipeda vertreten. Das Fertigungskonzept sieht vor, dass die Neubauten in einer sogenannten Blockbauweise umfangreich vorausgerüstet mit einem Abstand von ca. 9 Monaten bis schlussendlich September 2023 an der Ostsee entstehen werden. U.a. werden bauablaufbedingt bereits Großkomponenten, wie z.B. der ca. 350 m3 fassende LNG- Tank, die Bergen- Gasmotoren ab Schiff zwei, die Hauptantriebsanlagen sowie der Bugjet der Fa. Schottel eingebracht. Für die weitere Ausstattung mit umfangreicher Decksausrüstung, u.a. die große Schleppwinde, die Hebezeuge, die umfangreiche Ausrüstung zur Ölbekämpfung, der Ausbau und die Einrichtung mit sämtlichen dann folgenden Inbetriebnahmen, Erprobungen und Probefahrten werden die Schiffe sukzessive schwimmfähig und vollständig konserviert an die Weser überführt werden.

Der nunmehr erfolgten Kiellegung sind intensive Gespräche im Rahmen der Prozesse von Basic – und Detail Design vorangegangen. Diese erfolgten zwischen den Beteiligten der Werft, dem Projektteam des Auftraggebers, bestehend aus dem Team der Bauaufsicht des Referates Schiffstechnik der BAW, den Vertretern des künftigen Eigners (WSV mit dem Reedereizentrum, inkl. Mitgliedern der künftigen Besatzung) sowie der Klassifikationsgesellschaft Lloyds Register und einer Vielzahl von beteiligten Systemlieferanten und Zulieferern. Die in der zweiten Hälfte 2020 bei der HSVA Hamburg erfolgreich durchgeführten umfangreichen Modelloptimierungen und anschließenden Modellversuche lassen ein in Bezug auf die geforderten Leistungsmerkmale, insbesondere die Erreichung des geforderten Pfahlzuges von 1450 kN, optimierten Schiffsentwurf erwarten. Der weitere Fertigungszeitplan sieht für den Mai 2022 sowie den Januar 2023 die jeweiligen Kiellegungen der MZS 2 und MZS 3 vor, so dass spätestens ab diesem Zeitpunkt die Intensität für die Beteiligten der Bauaufsicht nochmals erhöht wird. Zudem wird mit der Überführung des MZS 1 voraussichtlich im April 2022 die Bauaufsicht dann künftig zwei Baustellenorte betreuen müssen. Zur Wahrnehmung der Bauaufsicht steht ein erfahrenes Team, bestehend aus dem Referat Schiffstechnik der BAW, dem Reedereizentrum der WSV, einschließlich Mitgliedern der künftigen Besatzung sowie einem externen Dienstleister im Auftrag der BAW, der Bietergemeinschaft Reederei Laeisz/ Innoven GmbH, zur Verfügung. Ein nächstes Highlight wird die Erprobung und Zertifizierung der für diesen Einsatzfall speziell entwickelten gasschutzfähigen Bergen- Gasmotoren sein. Die baugleichen Mehrzweckschiffe werden die mit LNG betriebene, seegehende Spezialschiffsflotte des Bundes um drei weitere Einheiten erweitern.

Quelle: Abeking & Rasmussen Kiellegung 6510 Klaipeda 7 September 2021

Flusskrümmungen im Labor

Wer trotz Lockdown und Home Office in den letzten Monaten einen Blick in die Halle V am Standort Karlsruhe werfen konnte, wird unschwer festgestellt haben, dass sich hier so einiges getan hat. Wo über 20 Jahre die Oder bei Hohenwutzen mit einem Geschiebetransportmodell (GTM) und später z. B. die Verringerung der Sedimentation in Häfen mit Hilfe von Lenkbuhnen untersucht wurden, wird seit November 2020 auf einer Fläche von fast 800 m² ein großes gegenständliches GTM aufgebaut – das sogenannte Krümmungsmodell. Es sieht dem Odermodell sogar ähnlich, da das gleiche gelbe Kunststoffgranulat genutzt wird, um das Geschiebe nachzubilden. Geschiebe ist das Sohlmaterial im Gewässerbett, das hüpfend und springend entlang der Gewässersohle bewegt wird.

Das neue Flächenmodell entsteht im Rahmen des Forschungsvorhabens „Hydraulische und morphodynamische Untersuchungen in Krümmungsstrecken mit Geschiebetransport“. Flusskrümmungen stellen im Wasserbau eine komplexe hydraulische und morphodynamische Situation dar, die gekennzeichnet ist durch dreidimensionale Strömungseffekte und eine große Veränderlichkeit von Strömung und Sohlgeometrie über den Ort und die Zeit.

Im Fokus der Untersuchungen stehen die Wirkung von Regelungsbauwerken im Gewässerbett (z. B. Buhnen oder Schwellen) und der Einfluss der Vorlandcharakteristik auf die Strömung und die Umformung der Gewässersohle in Flusskrümmungen. Im Modell sind drei Krümmungen mit zwei unterschiedlichen Radien abgebildet. Es werden Zusammenhänge unterschiedlicher geometrischer und hydraulischer Randbedingungen untersucht, um den Ansprüchen an die Wasserstraße sowohl für den Schiffsverkehr als auch als Lebensraum für Tiere und Pflanzen durch Strukturierung besser gerecht zu werden.

Ziel ist es, allgemeingültige Empfehlungen für strukturierende Maßnahmen in durch Krümmungen geprägten Flussstreckenabschnitten an den Bundeswasserstraßen abzuleiten. Die Modelluntersuchungen schaffen damit eine Schnittstelle zwischen anwendungsorientierter Forschung und WSV-Beratung.

Abb. 1: Projektion des Krümmungsmodells auf den Hallenboden.

Was ist bei diesem Geschiebetransportmodell denn nun aber so anders im Vergleich zu seinen Vorgänger-Modellen? Im Gegensatz zu stark anwendungsorientierten Laborrinnen oder zu GTM, die konkrete Flussabschnitte abbilden, ermöglicht das parametrisierbare Modell zu möglichst unterschiedlichen Flusskrümmungsabschnitten entlang der deutschen Bundeswasserstraßen Rhein, Elbe, Donau und Oder einen Bezug. Das Modell wurde daher so konzipiert, dass wesentliche geometrische, hydraulische und morphologische Parameter relativ leicht verändert werden können:

  • Änderung des Modellmaßstabs zur Anpassung an unterschiedliche Flüsse
  • Wahl des Modell-Sohlmaterials (ermöglicht die Simulation von Sand-Kies- als auch überwiegend Kiesführender Flüsse)
  • Bauwerksmodifikationen, z.B. Veränderung der Buhnenhöhe bezogen auf die Gewässersohle oder die Höhe des Vorlandes, Austausch von Buhnen durch Parallelwerke etc.
  • Vorlandmodifikationen durch unterschiedliche Vorlandhöhen, -breiten oder Rauheiten, Aktivierung einer Vorlandrinne

Der Modellaufbau ist beendet. Die Vorländer wurden zwischen Querprofilen aus Metall mit Sand gestaltet, der durch eine Estrichschicht befestigt wurde. Ca. 90  Buhnen wurden in Formen gegossen, im Gewässerbett eingebaut und zusätzlich mit einem Belag zur Erhöhung der Rauheit versehen. Als Sohlmaterial wurde gelbes Kunststoffgranulat aus Polystyrol zwischen Ufer und Buhnen eingeschwemmt. Nun kann das Modell mit der umfangreichen Mess- und Regeltechnik in Betrieb genommen werden.

Abb. 2: Rohbau des Modellaufbaus– Blick nach unterstrom (Stand: 18.12.2020).
Abb. 3: Frisch gefülltes Modell mit gelbem Granulat als Sohlmaterial, Buhnen in weiß an beiden Ufern, Vorlandfläche in grau – Blick nach oberstrom (Stand: 30.06.2021).

Die Art der Kalibrierung und die dabei zu erhebenden Daten wurden mit den Numerikern der BAW abgestimmt.  So können geeignete Daten für die Weiterentwicklung und Validierung von numerischen Modellverfahren zur Simulation von Strömung und Geschiebetransport bereitgestellt werden. Und wer weiß, bei all den vielen möglichen zu untersuchenden Fragestellungen, Parametervariationen und der ständig in der Entwicklung befindlichen Messtechnik wird das Krümmungsmodell bezüglich seiner Lebenszeit vielleicht an seinen Vorgänger heranreichen…

Weitere Informationen zum Forschungsvorhaben finden sich unter:

https://izw.baw.de/publikationen/forschung-xpress/0/BAWFoX_2021_26.pdf

An der Entstehung dieses Beitrages haben Petra Faulhaber und Bernd Hentschel mitgewirkt.

Bauteilversuche in der Schleuse Oberesslingen

Die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und das Wasserstraßen-Neubauamt Heidelberg (WNA) laden Bauunternehmen und Planungsbüros mit fundierten Erfahrungen im Schleusenbau (Massivbau und Stahlwasserbau) zu einem Interessendialog ein. Die Gespräche dienen dazu, die Vergabe der Planungs- und Bauleistungen für das innovative Pilotprojekt „Bauteilversuche in Oberesslingen“ vorzubereiten, um die Herausforderungen des Projekts von Anfang an partnerschaftlich zusammen mit der Bauindustrie zu lösen.

Instandsetzung unter Betrieb an der Schleuse Feudenheim (2009)

Die Planungs- und Bauleistungen für die Bauteilversuche in Oberesslingen werden im Anschluss an den Interessendialog voraussichtlich Mitte 2021 in einem Verhandlungsverfahren mit vorherigem europaweiten Teilnahmewettbewerb ausgeschrieben.

Im Pilotprojekt sollen Bauteilversuche an der rechten Kammer der Schleuse Oberesslingen als Musterschleuse durchgeführt werden. BAW und WNA möchten mit den Bauteilversuchen bautechnischen Verfahren in der Praxis erproben, die sie im Rahmen des Gesamtprojekts „Instandsetzung unter Betrieb“ (IuB) als Alternativen zu herkömmlichen Bauweisen speziell entwickelt haben, um Einkammerschleusen künftig unter laufendem Schifffahrtsbetrieb instand zu setzen. 

Ziel des Gesamtprojektes IuB ist es, die bautechnischen Verfahren in der Praxis zu testen, Leistungsdaten zu ermitteln und die Ergebnisse anschließend als modulare Lösungen für typische Instandsetzungsaufgaben in einer Handlungsempfehlung („Modulbaukasten“) für alle zukünftigen Instandsetzungen unter Betrieb zusammenzustellen.

Interessierte Unternehmen können bis zum 31.03.21 per E-Mail an die BAW (E-Mail: bauteilversuche@baw.de) melden, um an dem Interessendialog teilzunehmen.

Details zu den Zielen und geplanten technischen Verfahren der Bauteilversuche sowie zum Ablauf des Interessendialogs und des nachfolgenden Vergabeverfahrens sind dem Informationspapier zu entnehmen.

Weitere Informationen werden zeitnah hier hinterlegt

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Nach der Fertigstellung der Vergabeunterlagen und der Freigabe des Projekts durch das BMVI und die GDWS ist derzeit vorgesehen, die Bekanntmachung der IuB-Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen Ende Dezember 2021 über die E-Vergabe-Plattform des Bundes zu veröffentlichen.

Neben den Antragsunterlagen zum Teilnahmewettbewerb werden über die E-Vergabeplattform des Bundes auch alle bisher erstellten technischen Unterlagen zum Bauwerk und zu den Bauteilversuchen veröffentlicht. Im Falle der Veröffentlichung muss der Antrag zur Teilnahme über die E-Vergabe-Plattform des Bundes eingereicht werden. Art und Umfang und zu beachtende Termine der hierfür benötigten Unterlagen sind im Rahmendokument der Vergabeunterlagen beschrieben.   

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Messungen auf der Elbe

Zurzeit ist das Ingenieurbüro Schmid zum zweiten Mal in diesem Jahr im Auftrag der BAW auf der Binnenelbe unterwegs, um Strömungsdaten zu erheben. Die erste Messkampagne fand vom 16. bis 19. April 2021 zwischen El-km 217 und 420 (Wittenberg/Lutherstadt und Havelberg), die zweite vom 25. Mai bis 2. Juni zwischen El-km 217 und 517 (Hitzacker) statt. Der Schwerpunkt dieser Messungen liegt auf dem Erfassen von Durchflüssen, die außerhalb der Streichlinie in Seitenbereichen abgeführt werden. Bei den Abflussverhältnissen beider Kampagnen (zwischen mittlerem Niedrigwasser und Mittelwasser) betrifft das hauptsächlich die Strömung hinter Parallelwerken, durch Buhnenkerben und niedrig angeschlossen Seitenarme.

Diese Strömungssituationen entstanden immer dort, wo die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) meist im Rahmen der Unterhaltung in Abstimmung mit Landesbehörden eine Strukturverbesserung erzielen wollte. Mit solchen Maßnahmen wurden bereits wertvolle Erfahrungen bei der Aufwertung der Lebensräume für Pflanzen und Tieren gewonnen, die mit Blick auf die Erweiterung des Aufgabenspektrums der WSV immer größere Bedeutung erlangen. Diese Aufgabenänderung umfasst die Verpflichtung der WSV zur wasserwirtschaftlichen Unterhaltung als Eigentümer, Initiativen im Rahmen des „Blauen Bandes Deutschland“ und – ganz aktuell – überträgt das „Gesetz über den wasserwirtschaftlichen Ausbau zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele der Wasserrahmenrichtlinie“ der WSV Anteile des wasserwirtschaftlichen Ausbaus als hoheitliche Aufgabe. An der Elbe bietet darüber hinaus seit 2017 das „Gesamtkonzept Elbe“ einen Rahmen dafür, dass die unterschiedlichen Ansprüche an den Fluss gleichberechtigt miteinander abgewogen werden.

Um die Erfahrungen mit bisher umgesetzten Maßnahmen für das weitere Handeln nutzen zu können, sind Kontrollen erforderlich, ob und wie die Ziele der Maßnahmen erreicht wurden.  Hier interessieren die BAW die abiotischen Bedingungen wie Strömungsparameter und Veränderlichkeit der Sohlgestalt und des Feststofftransportes. Soll beispielsweise die Strömungsvielfalt vergrößert werden, ist aufzuzeigen, wie sich die Strömung nach der Maßnahme ausprägt. Dazu werden bei den Sondermessungen Fließgeschwindigkeit, Sohlgeometrie und Wasserspiegel flächenhaft gemessen. Dies geschah u. a. in einem Abschnitt bei El-km 217 (siehe Bild oben) bereits bei verschiedenen Abflüssen. Hier wurden vom Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Elbe, Haus Dresden, bei der Unterhaltung von Buhnen z. B. folgende Maßnahmen umgesetzt:

  • In Kerben wurde die landseite Böschung nicht gesichert, sodass Uferabbrüche zugelassen werden.
  • Eine Insel, die Tieren Schutz vor Prädatoren bietet und die Strömung lenkt für besserer Schifffahrtsbedingungen, wurde geschaffen.
  • Eine Buhne wurde stromab statt stromauf ausgerichtet.

Im Bild unten sieht man die Darstellung der mittleren Fließgeschwindigkeiten aus einer flächenhaften Messung im Jahr 2017 bei leicht überströmten Buhnen. Hier sind die Strömung um die Insel und bei Buhnenkerben zu erkennen. 

Eine wichtige Angabe für die Charakterisierung der Abflusssituation ist der Durchflussanteil außerhalb der Streichlinie. Dieser kann aus flächenhaften, aber auch aus Messungen in geeigneten Profilen ermittelt werden. Bei der Messung in 2017 wurden beispielsweise bei einem Gesamtabfluss von 457 m³/s  Durchflüsse von 4 – 6 m³/s in den Kerben und hinter einer Insel gemessen. Mit den Tiefenanalysen der WSV kann parallel geprüft werden, ob die Seitendurchflüsse zu einer Verschlechterung der Schifffahrtsbedingungen führen. So erhofft man sich letztendlich Hinweise, welche Parameter (z. B. Durchflussanteil, Höhe der Sohle) für Seitendurchflüsse bei bestimmten Streckencharakteristika zugelassen werden können. Da man dazu die Wirkung über das maßgebende Abflussspektrum kennen muss, sind viele Messungen erforderlich. Bei großen Maßnahmen werden von der BAW auch Strömungsmodelle zur Prognose der Wirkungen genutzt. Für die Überprüfung der Prognosefähigkeit der Modelle sind die Ergebnisse der Naturuntersuchungen von großem Nutzen.

Nun herrscht wieder Stille – um und in der Grünen Rinne

Die Fischversuche 2020/21 mit der Forschungsfrage, ob sich die Passagewahrscheinlichkeit für kleine schwimmschwache Fische durch eine raue Sohle im Vergleich zu einer glatten Sohle verbessert, sind beendet. Sowohl die Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) als auch deren Schützlinge haben die BAW verlassen. Während die Fische wieder in ihre Herkunftsgewässer gesetzt wurden, befinden sich die Biolog*innen der BfG und die Hydrauliker*innen der BAW für die Datenauswertung an den Schreibtischen.

Zwei Fischarten, Rotaugen und Gründlinge, haben in der aktuellen Ethohydraulikstudie des BAW-BfG-Verbundprojekts „Ökologische Durchgängigkeit“ den Versuchsaufbau in einer Laborrinne der BAW durchschwommen. Jeweils in Dreiergruppen wurden die Fische mit der hydraulischen Situation in Form eines Einstiegsschlitzes und einer rauen oder glatten Sohle konfrontiert. Um die Versuchsbedingungen zu dokumentieren und vor allem das Fischverhalten im Nachgang zu analysieren, wurde im Vorfeld der Versuche die Hydraulik im Ober- und Unterwasser sowie im Einstiegsschlitz gemessen.

Die Bemessungsgeschwindigkeit in dieser Untersuchung wurde als die maximale Geschwindigkeit im Schlitzquerschnitt definiert und sollte für die glatte und raue Sohle gleich sein. Die Geschwindigkeit im und unterhalb des Schlitzes korreliert mit der Wasserspiegeldifferenz von Ober- und Unterwasser. Durch die Variation des Durchflusses und des Unterwasserstands wurde die vorgegebene Geschwindigkeit eingestellt, sodass die hydraulischen Zustände bei rauer und glatter Sohle vergleichbar sind.

Detailansicht auf die Schlitzabströmung.

Im Einstiegsschlitz sind die Geschwindigkeitswerte unabhängig von der Sohlstruktur über die Tiefe annähernd konstant. Das sich im Schlitz bei rauer Sohle, anders als in der Gerinnehydraulik, im messbaren Bereich (ca. 2cm oberhalb der höchsten Steinspitze) keine geschwindigkeitsreduzierte Schicht einstellt, bestätigt die zuvor getroffene Annahme über die hydraulische Situation am Schlitz.

Bevor tiefer in die weitere Auswertung eingestiegen werden kann, müssen zunächst alle erstellten Unterlagen, wie z.B. die handschriftlichen Protokolle, digitalisiert und die vielen Fischvideos gesichert werden. Ob sich die Schlitzpassagerate bei rauer Sohle von der bei glatter Sohle signifikant unterscheidet und wie groß der mögliche Unterschied sein wird, kann erst nach umfangreichen statistischen Tests gesagt werden.

BAW und BfG sind auf die Erkenntnisse gespannt, die sich aus diesem Versuchsaufbau ableiten lassen, und schielen schon jetzt mit einem Auge auf die nächsten Fischversuche, die für 2022 geplant sind.

Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit den Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) verfasst. Weitere Informationen zum Projekt der ökologischen Durchgängigkeit finden Sie unter https://www.bafg.de/DE/08_Ref/U4/07_Durchg/durchg_node.html. Allgemeine Informationen zur BfG finden Sie hier www.bafg.de.

Die Vorfreude steigt…

Derzeit wird am Standort Hamburg der BAW in der Wasserbauhalle die bestehende Versuchsinfrastruktur erweitert. Direkt zwischen dem Schiffswellenbecken und der großen Umlaufrinne entsteht eine neue Strömungsrinne. Die 36 m lange Versuchsstrecke wird beidseitig mit Wänden aus Glas ausgestattet, was eine umfassende Beobachtung verschiedener Versuchsszenarien ermöglicht. Zuzüglich Ein- und Auslaufelementen ergibt sich eine Gesamtlänge der Anlage von rund 50 m. Die Rinne erhält bei einer durchgehenden Breite von 60 cm einen autarken Wasserkreislauf.

Für die Realisierung des angestrebten Durchflusses von 500 l/s sind zwei parallel angeordnete Motoren installiert. Hiermit wird eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit von rund 1 m/s beim nominellen Wasserstand von 80 cm erreichbar sein. Der aus Edelstahl bestehende Rinnenboden weist zahlreiche Möglichkeiten zur Installation fester Einbauten auf. Entsprechende Bohrungen sind vorbereitet. Die Oberholme sind zur Aufnahme einer später vorgesehenen Installation einer 3D-Traverse ausgelegt.

Als Besonderheit gibt es für Untersuchungen von tidebeeinflussten Effekten die Möglichkeit, die Strömungsrichtung im laufenden Versuchsbetrieb umzukehren. Im Moment der Strömungsumkehr wechseln Ein- und Auslaufelement ihre Funktion und die beidseitig zur Strömungsberuhigung installierten Gleichrichter werden entsprechend motorgesteuert aktiviert bzw. deaktiviert.

Für mögliche Untersuchungen zu bodennahem Sedimenttransport ist die Rinne mit zwei motorgetriebenen Sedimentfängen ausgestattet, die damit je nach Versuchsphase aktiviert oder deaktiviert werden können.

Die Auftragsvergabe zu Planung, Herstellung und Installation der Rinne erfolgte im Juni 2020 an die Fa. Gunt. In die Detailplanung flossen in einem intensiven Austausch mit der BAW-KA deren zahlreichen Erfahrungen aus dem Betrieb der dortigen Versuchsrinnen ein.

Die Zeit zwischen der finalen Freigabe der Planung im November 2020 und dem Baubeginn im April 2021 wurde für notwendige vorbereitende Arbeiten genutzt. Die Tragfähigkeit des Hallenbodens musste durch Herstellung eines Betonsockels erhöht werden, um der neuen Rinne eine entsprechende Standfestigkeit zu verleihen. Der Hallenbereich im Umfeld der Rinne erhielt einen neuen ebenen und robusten Fußbodenbelag. Bereits bestehende Rohrleitungen für den Anschluss der Rinne an das Wassernetz der BAW wurden einer intensiven Innenreinigung unterzogen.

Das erste Projekt steht in den Startlöchern und kann die Fertigstellung und Inbetriebnahme kaum erwarten. Der zunehmend sichtbare Baufortschritt lässt dabei die Vorfreude steigen…

Verfasst von Bernhard Kondziella

Als technischer Angestellter bin ich überwiegend im Bereich der Naturmessungen und im Bereich des physikalischen Modellwesens tätig. Angesiedelt sind diese Themen im Referat K1 "Küsteningenieurwesen" der Dienststelle Hamburg.

Die Fische sind los!

Der Startschuss für die diesjährigen Fischversuche ist gefallen. Über einen Zeitraum von mehreren Wochen beherbergt die BAW Gründlinge, eine von zwei Fischarten, deren Verhalten in der aktuellen Ethohydraulikstudie des BAW-BfG-Verbundprojekts „Ökologische Durchgängigkeit“ in einer Laborrinne untersucht werden.

Das Kernstück des Versuchsaufbaus in der 2,5 m breiten Laborrinne ist ein Schlitz, der dem Einstiegsschlitz in eine Fischaufstiegsanlage (FAA) nachempfunden ist und die Versuchsrinne in einen Oberwasser- und einen Unterwasserbereich teilt. Um zu untersuchen, ob und wie sich die Passagerate der Fische bei rauer und glatter Sohlstruktur ändert, wurde auf rund 6 m eine lagestabile Steinsohle eingebaut auf die eine stabile Plattenkonstruktion verschraubt werden kann. Der Versuchsaufbau ist so gestaltet, dass innerhalb von einer halben Stunde die Sohlstruktur zwischen rau und glatt geändert werden kann.

Versuchsaufbau bei glatter und rauer Sohle mit dem Einstiegsschlitz, den Außenkameras und den Tauchkameras. Aufgenommen aus dem Beobachtungsbereich, wo die Biolog*innen das Fischverhalten händisch protokollieren.

Die Fische werden pro Einzelversuch jeweils zu dritt zunächst von den Hälterungsbecken in den Startbereich im Unterwasser des Versuchsstands transportiert. Dort bekommen sie kurz Zeit, sich an die neue Umgebung und die Strömungsverhältnisse zu gewöhnen. Wenn das Startgitter gezogen wird, beginnt der Fischversuch. Zunächst müssen die Fische eine sogenannte Motivationslinie passieren, mit der sie ihre generelle Wanderbereitschaft flussauf signalisieren. Nur Fische, die die Motivationslinie überschwimmen, werden später in der Auswertung berücksichtigt. Danach läuft die Versuchszeit von einer Stunde. Sollten die Fische innerhalb dieser Zeit den Schlitz passieren, ist der Versuch vorzeitig beendet. Nach dem Versuch werden die Fische aus der Laborrinne gefischt und wieder in die Hälterungsbecken gesetzt, wo sie bis zur Freilassung in ihre Herkunftsgewässer versorgt werden.

Zu zweit protokollieren die Biolog*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) das Fischverhalten im Untersuchungsbereich. Die Fische werden dabei mithilfe kleiner Unterschiede in der Länge, der Färbung oder der Flossenform auseinandergehalten. Neben den händischen Protokollen werden gleichzeitig Videos von zum Teil eingetauchten Kameras aufgenommen.

Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit den Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) verfasst. Weitere Informationen zum Projekt der ökologischen Durchgängigkeit finden Sie unter https://www.bafg.de/DE/08_Ref/U4/07_Durchg/durchg_node.html. Allgemeine Informationen zur BfG finden Sie hier www.bafg.de.